非对称边界进水口漩涡特性研究

摘要

进水口边界条件是漩涡形成的主要诱因之一，非对称边界进水口在水工建筑物中较为常见，更易产生漩涡，其漩涡特性研究既具理论意义更具实用价值。 本文采取物理模型试验与数值模拟相结合的方法较为详细的研究了非对称边界进水口漩涡特性。建立特殊漩涡试验装置进行物理模型试验，采用观察法和PIV测速系统两种手段研究了对称与非对称边界进水口的漩涡问题。观察法得出了对称和非对称边界条件下临界淹没深度和佛汝德数之间的关系式，非对称边界进水口较对称边界进水口更易于产生漩涡的结论；运用PIV测速系统测量了对称和非对称进水口的流场和涡量场，分析了非对称边界与对称边界进水口漩涡的不同特征，探索了边界条件对漩涡形成的影响以及产生漩涡的流场和涡量场的特征。得出了在相同条件下，非对称边界进水口的最大涡量值小于对称边界进水口的最大涡量值，而非对称边界进水口的环量值较对称边界进水口的环量值大的结论。 应用VOF模型进行了漩涡数值模拟，计算了非对称边界进水口的流场特性。由于漩涡产生和运动的复杂性等原因，没有得到涡结构的细部结构。漩涡数值模拟仍是一个非常困难的问题，需要进一步的研究。 本文首次开展了非对称边界进水口水流漩涡的特性研究，研究方法与研究手段较为新颖，取得了具有创新意义的研究成果，可为以后的研究提供启示和参考。

目录

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第一章 绪论

1.1引言

1.2漩涡的分类

1.3漩涡的研究方法

1.3.1漩涡的理论研究

1.3.2漩涡的试验研究

1.3.3漩涡的数值模拟研究

1.4小结

第二章 非对称边界条件下进水口漩涡问题

2.1漩涡形成的主要因素

2.1.1进水口淹没深度

2.1.2水流环量

2.1.3边界条件

2.2非对称边界进水口漩涡实例

2.2.1工程概况

2.2.2模型试验研究

2.3本文的主要研究方法和内容

第三章 非对称边界进水口漩涡试验研究

3.1引言

3.2试验装置及方法

3.2.1试验装置

3.2.2试验方法

3.3研究内容

3.3.1漩涡分类

3.3.2试验工况

3.4观察法试验结果

3.4.1观察法各工况下发生漩涡情况

3.4.2观察法试验结果分析

3.5 PIV测量试验结果

3.5.1流场及涡量场

3.5.2 PIV量测法试验结果分析

3.6小结

第四章 进水口流场数值模拟

4.1引言

4.2数值计算方法

4.3数值模拟实例

4.3.1模型控制方程

4.3.2紊流模型

4.3.3控制方程的离散

4.3.4 VOF模型概述(Volume of Fluid Model)

4.3.5模型的几何形状及网格划分

4.3.6模型的参数设定

4.3.7进水口数值模拟计算结果分析

第五章 总结与展望

5.1本文主要研究成果及结论

5.2本文的不足之处和研究展望

致谢

参考文献